神木-双山气田山西组2段储层成岩作用与孔隙演化

仲伟祥 ，陈 龙 ，李旭芳 ，杨 飞 ，赵 茜

（1.西安石油大学石油工程学院，陕西西安 710065；2.中国石油东方地球物理公司，河北涿州 072750；3.中原油田采油三厂，河南濮阳 457001；4.西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安 710065）

神木-双山气田位于鄂尔多斯盆地东北部,面积约900 km2,地面海拔高度在950～1 400 m之间。从构造上来讲,神木-双山气田构造上属于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡北部和伊盟隆起南部,区域上是一平缓的大单斜，断裂和局部构造不发育[1]。神木-双山气田主力产气层段山西组2段为辫状河三角洲相沉积砂岩。山西组砂岩分成分、结构反应出由海相逐步过渡为陆相沉积的特征，从区域范围看，石英砂岩大大减少，为一套以岩屑石英砂岩为主的沉积。该砂岩具有典型的低孔低渗特点，成岩作用非常复杂，各种成岩作用对砂岩原生孔隙的保存和次生孔隙的发育都有一定的影响，次生孔隙在山2段砂岩中发育十分广泛，此类次生孔隙达53.1%，成为研究区砂岩最主要的储集空间之一，后者的发育状况直接影响了储集砂岩的孔渗条件，因此研究储集砂岩的成岩作用对神木-双山气田储层评价和预测具有重要意义。

1 岩石学特征

研究区山2段储层岩性主要为中-粗粒岩屑砂岩颗粒以次圆为主，少量圆及次棱角状。粒度相对较细，除底部和局部含有粒状砂岩或中-粗砂岩外，一般为细-中粒或粉-细粒以及粉砂。岩石薄片镜下鉴定分析结果表明：碎屑岩成分复杂，以石英和岩屑为主。

岩石薄片镜下鉴定结果表明：山2段岩石矿物成分陆源碎屑含量介于75%～96.5%，平均为89.785%，其中石英含量介于46%～69%，平均占65.83%；岩屑含量介于14%～40%，平均占34.32%，岩屑成分复杂，主要有火成岩、变质岩（包括变质砂岩、石英岩、片岩、板岩和千枚岩）及少量的沉积岩屑，其中变质岩岩屑平均占10.83%；火成岩岩屑含量平均占2.25%；沉积岩屑平均含量1.875%，还有少部分其它类占5%（主要是燧石）（见图1a）。

研究区山2段填隙物成分含量可占到34.32%，岩石主要由石英颗粒岩屑颗粒组成。其中泥质平均含量最高10%，其次为伊利石9.41%、方解石8.90%、高岭石4%、铁白云岩和自生石英各占1%（见图1b）。

2 成岩作用特征

依据铸体薄片镜下观察分析，研究区山2段砂岩主要经历的成岩作用有机械压实作用、压溶作用、胶结作用、交代作用和溶蚀作用。

2.1 压实压溶作用

压实压溶作用是一种物理-化学成岩作用，研究区山2段埋深在2 500～3 000 m井段内，各类压实作用很明显，是本区最主要的成岩作用之一。根据镜下观察，研究区山西组砂岩经受了中-弱程度的机械压实作用。颗粒的形状、圆度、分选性等对压实作用的效应都有影响。其中，机械压实作用表现为碎屑颗粒重新排列（见图2a）。在成岩作用期间，由于机械压实作用与某些矿物的结晶作用，从而产生收缩和膨胀作用，以及矿物间的重新组合与排列，致使一些微裂缝的生成（见图2b）。砂岩的机械压溶作用表现为相邻石英粒间线接触、凹凸接触、缝合线接触（见图2c）。由于成岩作用所包括的最重要的变化随着地层埋藏深度的增加机械压实作用增加，从而使孔隙缩小[5-6]。同时碎屑颗粒接触点上所承受的来自上覆地层的压力或来自构造作用的向应力作用，颗粒接触处的溶解度增高，从而发生的晶格变形和溶解作用。

2.2 胶结作用

胶结作用是此次研究的岩体中较重要的成岩作用，对次生孔隙的发育于破坏、储层物性的改善和恶化起到了重要作用。也是是沉积层中孔隙度和渗透率降低的主要原因之一

2.2.1 黏土矿物胶结 根据X衍射实验结果，研究区主要的滋生粘土矿物有伊利石、高岭石、绿泥石和伊/蒙混层，其中山西组2段其中为伊利石体积分数7.63%、高岭石5.1%、绿泥石2.0%、伊/蒙混层1.2%。

高岭石填充在颗粒之中（见图2d）。高岭石的存在虽然可以提供一定量的晶间孔，但是因为高岭石往往充填孔喉生长，将大的孔隙割裂成为若干个小的部分，增加了微观孔喉非均质性。

2.2.2 碳酸盐胶结 碳酸盐胶结物在研究区砂岩中非常普遍，含量变化也较大，主要呈粒间胶结物或次生孔隙内填充物形式出现（见图2e）。

2.2.3 硅质胶结 砂岩中的硅质胶结物以非晶质和晶质两种矿物形态出现于岩屑中。石英是碎屑岩中最常见的胶结无，它可以呈微、细粒状充填于孔隙中，但更常见的是以碎屑石英吱声加大边胶结物出现（见图2f）。石英次生加大边一般多与自生高岭石共生，形成于粒间高岭石胶结物之后。

石英次生加大边形成于早成岩期，是压溶作用的产物，即碎屑压溶作用提供硅质胶结物的来源可以生成SiO2。SiO2溶解于孔隙水中，达到局部过饱和后即产生沉淀形成自生石英胶结物[6-7]。

2.3 溶蚀作用

溶蚀作用主要是改善深部储层的储集性能。砂岩中的任何碎屑颗粒、杂基和自生矿物，包括石英和硅质胶结物，在特定的成岩环境下都有可能发生溶解作用而形成次生孔隙[8-9]。溶蚀过程中形成的次生溶孔主要有岩屑颗粒间杂基溶蚀后形成的微溶孔（见图3g）。岩屑中的易溶组分在被溶蚀后往往会呈现蜂窝状孔隙（见图3h）。储层与次生溶蚀孔隙发育段往往是相互对应，次生溶蚀孔隙的发育是形成有效储层的必备条件。溶蚀作用造成的次生孔隙的发育状况，并在一定程度上改善了储集层的性能。

3 成岩阶段

资料表明：鄂尔多斯盆地镜质烃源岩反射率以现今的鄂尔多斯盆地为一整体，从外向内逐渐增高，Ro等值线近南北向分布，研究区Ro值由北东方向南西方向逐渐增高，从1.0逐渐增至2.0。属有机质成熟、过成熟期，对应的成岩阶段为晚成岩“A”期和晚成岩“B”期。

岩矿鉴定、扫描电镜分析表明储层中主要的自生矿物有硅质类的石英加大边、自生粒间石英，碳酸盐类的铁方解石、方解石和粘土类的高岭石、伊利石和绿泥石等。研究区目的层目前埋深一般在2 500～3 000 m,镜质烃源岩反射率值为1.8[10-11]，伊/蒙间层比普遍小于10%,自生石英包裹体的均一温度在100～170℃。据裘亦楠等的成岩阶段划分方案及其标准[12]，山2段储集层已处于晚成岩阶段B期。

4 孔隙演化模式

沉积物进入埋藏成岩阶段，储集空间主要受各种成岩作用的控制，沉积物本身的内在特征在不同程度上制约着成岩作用的发生和发展，进而影响着孔隙的演化进程[10-11]。砂岩初始孔隙求取通常根据粒度分析求得的分系数，然后采用博里德公式对原始孔隙度进行恢复，之后再由铸体电镜薄片统计岩石颗粒粒径大小，根据碎屑岩原始孔隙度恢复、压实作用损失的孔隙度、胶结作用损失的孔隙度和溶蚀作用产生的次生孔隙计算公式，实现各成岩阶段中孔隙度演化的定量分析[12]。

通过对孔隙度的演化结果分析，研究区山2段的初始孔隙度为35.74%，在早期机械压实过程中损失了17.67%的孔隙度，压实后的原生粒间剩余孔隙仅为18.07%，压溶压实过程中孔隙度损失达到49.44%。早期、晚期胶结过程中造成14.48%的孔隙度损失，胶结作用孔隙损失率达到40.51%。压实、胶结后仅剩余3.59%的原生粒间孔隙，后期溶蚀作用贡献了4.06%的孔隙度。当前平均孔隙度仅为7.65%。

表1 研究区孔隙演化表

5 结论

（1）研究区山2段储层岩性主要为中-粗粒岩屑砂岩颗粒以次圆为主，少量圆及次棱角状。粒度相对较细，除底部和局部含有粒状砂岩或中-粗砂岩外，一般为细-中粒或粉-细粒以及粉砂。胶结类型主要为孔隙-薄膜和再生孔隙型，具有结构成熟度偏低、成分成熟度高的特点。

（2）研究区山2段储层主要经历的成岩作用有压溶压实作用、胶结作用和溶蚀作用，机械压实作用遍布整个成岩过程，其中压溶压实作用和胶结作用是使储层孔隙度和渗透性降低的主要原因，而溶蚀作用对于研究区物性改善起到了举足轻重的作用。经多项指标分析表明，研究区成岩作用己进入晚成岩阶段“B”期。

（3）通过对孔隙演化的结果分析表明，研究区山2段初始孔隙度为35.74%，在早期的机械压实和压溶作用下孔隙损失率达到49.44%，早期、晚期胶过程中孔隙损失率为40.51%。压实压溶和胶结作用后仅剩余3.59%的原生粒间孔隙，后期溶蚀作用贡献了4.06%的孔隙度。不同的成岩作用对砂岩孔隙的共同影响造成了研究区现在低孔、低渗的特点[12]。

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